基于GSM短信的抽油机自动检测及报警系统的设计

2012-08-15马玉琼

河北水利电力学院学报 2012年1期

马玉琼

(沧州师范学院计算机系,河北沧州 061001)

目前油田原油开采的主要设备是抽油机,在机械采油设备中占 60%以上。抽油机井一般位于旷野,周围环境条件恶劣,无专人值班看护,并且由于数量众多,只能通过工作人员进行定期或不定期的巡查。期间对抽油机出现的各种故障和问题,不能及时处理和解决,给石油生产和设备造成了一些不必要的损失和危害,为此加强抽油机故障检测并能实时准确报警的控制系统,对抽油机来说非常必要。

1 系统工作原理

油井负荷是动态变化的[1],下冲程(即油杆下降)中,电动机则处于轻载或空载状态,电流较低。而吸油时(即油杆上升),电动机处于重负载运行状态,电流较高。对于同一口井来说,在不同的井况下,如油位、油气含量、油的粘度发生变化时,虽然同一口井,同一油杆上升或下降,但电动机的工作情况随着井况的变化而变[2]。所以应该随时监控电动机的运行情况,防止电动机长期空抽及砂卡结蜡时电动机堵转。根据电动机实际运行中的电流变化并经过数据分析处理后,确定电动机的工作状态是正常还是异常。另外,如果出现漏电、接地或短路等故障情况时,也应及时进行报警维护,防止事故范围进一步扩大。

基于上述情况,在抽油机电动机主回路里通过电流互感器检测电动机电流的变化情况,经过整流电路和模数变换送入单片机中,进行数据分析,得到电动机的工作状况,一方面检测的数据到的数据可以就地显示和记录,另一方面为了使巡视人员能及时了解抽油机工作情况,可以通过短信方式将重要的数据和信息发送到巡视人员的手机上。这样抽油机的工作状况可以随时被监测[3]。

2 系统短信收发模块

系统中,单片机 AT89C52串口通过 MAX232接口芯片完成电平转换后和TC35I模块相连接,单片机完成对TC35I的初始化和短消息的收发功能。同时,单片机系统通过接收检测转换后的电流信号进行数据分析处理判断后,一方面可以进行显示,另一方面可以以短信形式进行数据发送,如果达到报警点,则直接进行短信报警并进行相应的数据记录处理,为以后查询做准备。

设计中无线通信GSM模块采用的是西门子TC35系列的TC35I。这种无线模块功能与 TC35兼容,设计紧凑,大大缩小了用户产品的体积。TC35I与GSM2/2兼容、双频(GSM900/GSM1800)、RS232数据接口,该模块及射频电路和基带与一体,向用户提供标准的 AT命令接口,为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输,方便用户的应用开发及设计[4]。

TC35I模块的数据接口是CMOS电平(高电平2.65V),因此单片机对 TC35I模块的控制和通信信号要进行电平转换。电路在设计时只需设计一个T TL转RS232电平电路,连接到MCU的UART口,另一端直接连接到 TC35I模块上即可。电平转换模块通过 MAX232实现。

3 单片机对 TC35I的控制

TC35I模块主要由 GSM基于处理器、GSM射频模块、供电模块、闪存、ZIF连接器、天线接口等六部分组成。GSM引擎模块提供的命令符合GSM07.05和GSM07.07规范。GSM07.07中定义的AT Command接口,提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口;GSM07.05对短消息作了详细的规定。在短消息模块收到网络发来的短消息时,能够通过串口发送指示信息,数据终端设备可向 GSM模块发送各种命令。

TC35I模块采用AT指令集。单片机可以通过正确的AT指令对TC35I模块进行初始化和短消息的接收发送。对短消息的控制共有三种模式:Block模式、PDU模式和Text模式。使用Block模式需要手机生产厂家提供驱动支持。目前,PDU模式已取代Block模式,而Text模式不支持中文,因此使用PDU模式进行短消息的接收和发送。单片机通过以下系列 AT指令对短消息进行控制。

首先设置 TC35I模块的工作模式:AT+CMGF=n,n=0为PDU模式;n=1为文本模式;通常设置为PDU模式,在这种模式下,能传送或接受透明数据(用户自定义数据)。 AT+CM GR=n为读 TC35I模块短消息数据,n为短消息号。 AT+CMGL=n为列出 TC35I模块内的短消息,n=0是未读的短消息,n=1位已读的短消息,n=2位未发送的短消息,n=3为已发的短消息,n=4为所有短消息。 AT+CMGD=n为删除TC35I模块的短消息,n为短消息编号。

AT指令的指令符号、常数、PDU数据等都是以 ASCII编码形式传送;传送透明数据须把 TC35I模块工作模式设置为PDU模式;单片机向 TC35I模块发送每一条指令后,以回车符作为该条指令的结束。当TC35I模块接收到一条完整的 AT指令后,TC35I模块并不立即执行该条指令,而是先把刚接收到的 AT指令的ASCII编码序列全部反发送出来;其次发送一个回车符和一个换行符的 ASCII编码,然后执行该指令。